【導(dǎo)讀】往復(fù)式壓縮機(jī)是工業(yè)上使用量大、面廣的一種通用機(jī)械。立式壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式。熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算中基本又是最重要的一項(xiàng)工作，根。列數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等以及經(jīng)過動(dòng)力計(jì)算得到活塞式壓縮機(jī)的受力情況。精確程度體現(xiàn)了壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)水平。

　　

【正文】 取 D1=60mm ③ 軸頸長度：根據(jù) 選取軸承寬度略大些 軸承：根據(jù)主軸頸直徑 ， 取 d=55mm ④ 曲柄厚度 t： 33mm~)~()D~( ????，取 t=35mm ⑥ 曲柄寬度 h 88mm~)~()D( ????，取 h=70mm 曲柄銷距主軸頸中心線的距離 S39。=50mm 555/2)(5055/2D/2)(S39。D1/2S ??????? ??? 因此符合標(biāo)準(zhǔn) 。 ⑦ 過渡圓半徑 )D( ????? 取 r=5mm。 曲軸材料 壓縮機(jī)上用的較多，制造經(jīng) 驗(yàn)較成熟的，是中碳鋼鍛造曲軸，近年來由于鑄造技術(shù)的發(fā)展，采用稀土鎂球墨鑄鐵鑄造曲軸的越來越多。制造曲軸可以節(jié)省原材料和大量減少加工工時(shí)，并且有條件把曲軸的形狀設(shè)計(jì)地更合理。本次設(shè)計(jì)中曲軸材料選用球墨鑄鐵。 曲軸強(qiáng)度校核 為使計(jì)算簡單，對曲軸的受力情況先作如下簡化假定： ① 對于多支承曲軸，作為在主軸承中點(diǎn)處被切開的分段筒支梁考慮； ② 連桿力集中作用在曲柄銷中點(diǎn)處； ③ 略去回轉(zhuǎn)慣性力； ④ 略去曲軸自重。 本次壓縮機(jī)設(shè)計(jì)軸承不容易斷裂，只進(jìn)行剛度校核。 ⑴ 靜強(qiáng)度校核 )~()~( ????大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 1000409550000 np9550000WTη33T ?????? 曲軸的材料是球墨鑄鐵， ? ? M Pa25~20?? ，所以滿足靜強(qiáng)度要求。 ⑵疲勞強(qiáng)度校核 ? ?1221 nnn nnn ??????? ，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。符合條件，滿足要求。 連桿 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 8 連桿桿體主要結(jié)構(gòu)尺寸 1— 小頭； 2— 桿體； 3— 大頭； 4— 連桿螺栓； 5— 大頭蓋； 6— 連桿螺母 連桿是將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸，又將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件。 連桿包括桿體、大頭、小頭三部分 ，如圖。桿體的截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形等。圓形截面的桿體，機(jī)械加工最方便，但在同樣強(qiáng)度時(shí)，具有最大的運(yùn)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 動(dòng)質(zhì)量，適用于低速、大型以及小批生產(chǎn)的壓縮機(jī)。工字形截面的桿體在同樣強(qiáng)度時(shí)，具有最小的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，但其毛坯必須用模鍛或鑄造，適用于高速及大批量生產(chǎn)的壓縮機(jī)。本設(shè)計(jì)由于轉(zhuǎn)速較高，選擇工字形截面連桿。 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則 連桿的定位： 為了防止連桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)的左右擺動(dòng)，以及考慮曲軸的熱膨脹引起的軸向移動(dòng)對連桿的影響，連桿必須加以定位，定位的方法有大頭定位與小頭定位兩種。 大頭定位是 在連桿大頭軸頸兩端面與曲軸銷的配合端面采用較小的配合間隙（約 ～ 毫米）；而在小頭襯套端面與活塞銷的配合端面則取較大的間隙(約為 2～ 5毫米 )。小頭定位是在小頭襯套端面與活塞銷的配合端面采用 ～ 毫米的配合間隙，而在大頭端面與曲柄銷的配合端面，取 2～ 5毫米的間隙。 連桿尺寸計(jì)算 ① 連桿長度 L 的確定 ： 連桿長度 L，由曲柄半徑 R與連桿長度 L的比值決定。 λ愈大，壓縮機(jī)的外形愈小，愈容易使連桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)與滑道壁相碰； λ值小了的話，就會(huì)使壓縮機(jī)的外形愈大；所以選取要適當(dāng)。 因?yàn)楸?次設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)緊湊的 立 式壓縮機(jī)，1/6~1/?選取1/5λ 行程 s=100 mm ，曲柄半徑50m m100/ 2S/2R ??? ∴ 連桿長度 L：250mm50/(1/5 )R/ λL ??? ②連桿小頭襯套 尺寸的確定 : 圖 9 小頭襯套 連桿小頭襯套內(nèi)徑按 活塞銷決定： d=22mm 連桿小頭近年來采用襯套的結(jié)構(gòu)，襯套的厚度 s 以及寬度 b 選取 : RL??大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 ~)~( )~( ????， 取 s= b=(1～ )d=（ 1~） 55=55~77mm，取 b=60mm 小頭襯套與活塞銷的間隙： ( 7 ~ 2) ( 7 ~ 2) 55 4 ~ 0 .0264 m md? ? ? ? ? ? 小頭襯套材料多采用銅合金。 ③ 連桿大頭內(nèi)徑按曲軸決定： d=55mm ④ 連桿寬度 B 的確定 從工藝上考慮連桿大小頭寬度取相等。對于連桿 寬度取 B= 式中 b 為軸瓦的寬度；對于大頭定位時(shí)，為大頭寬度，對于小頭定位時(shí)，則為小頭襯套寬度。 60 54b mm? ? ? ? ，取 B=54mm 軸承及其結(jié)構(gòu)的確定 壓縮機(jī)常用的軸承有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。滾動(dòng)軸承使用、維護(hù)方便，機(jī)械效率較高，結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但由專業(yè)廠制造，價(jià)格也不很貴，而且通用化標(biāo)準(zhǔn)化程度很高?；瑒?dòng)軸承的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造方便、精度高、振動(dòng)小、安裝方便。一般中、小型壓縮機(jī)適宜采用滾動(dòng)軸承；大型壓縮機(jī)及多支承的壓縮機(jī)普遍采用滑動(dòng)軸承。本設(shè)計(jì)是 小型壓縮機(jī)，采用圓錐滾子軸承。 滾動(dòng)軸承使用、維護(hù)方便，機(jī)械效率較高，結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但由專業(yè)廠制造，價(jià)格也不很貴，而且通用化，標(biāo)準(zhǔn)化程度很高。此壓縮機(jī)選用圓錐滾子軸承，能同時(shí)承受軸向載荷和徑向載荷的聯(lián)合作用。 軸承內(nèi)徑： ? ?d= ~ p , p— 最大活塞力 ? ? ~~)~ ( ???，取 D=60mm軸承代號(hào)： 根據(jù) GB/T297— 1994 查得圓錐滾子軸承： 軸承代號(hào)： 30212 d: 60mm D:110mm B:22mm 聯(lián)軸器 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 圖 10 彈性聯(lián)軸器 壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)機(jī)的連接，一般分為： 1） 壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)機(jī)為同一軸的直連； 2）壓縮機(jī)與原動(dòng)機(jī)兩軸間有速比的皮帶傳動(dòng)； 3） 壓縮機(jī)與原動(dòng)機(jī)兩軸間沒有速比的聯(lián)軸器連接。 對于中、小型壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)的連接，多采用彈性與 半彈性的聯(lián)軸器。常用的彈性圈柱銷聯(lián)軸器及彈性聯(lián)軸器（ 如 圖），后一種聯(lián)軸器適用于高速、起動(dòng)頻繁的情況下，安裝時(shí)允許在徑向上與轉(zhuǎn)角上有稍許偏移。彈性圈柱銷聯(lián)軸器通常以不裝圈的一半為主動(dòng)軸。我國已有彈性圈柱銷聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)，見 JB108— 60。它的缺點(diǎn)是加工要求較高，壽命較低，彈性圈常易損壞。為了提高壽命，我國維修工人在實(shí)踐中創(chuàng)造了木銷聯(lián)軸器。經(jīng)過幾年來的使用，可代替彈性圈柱銷聯(lián)軸器，且結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，軸向允許有較大的竄動(dòng)。其中的木銷材料可采用：玻璃布層壓板，環(huán)氧酚醛玻璃布棒，酚醛布棒，酚醛層壓板，胡桃木，榆木，白 樺木等。以上材料可以就地取材， 因此深受廣大工人歡迎。 聯(lián)軸器根據(jù)傳遞的扭矩，轉(zhuǎn)數(shù)及連接的直徑，可按 JB108— 60 選取，一般不需計(jì)算。如需計(jì)算時(shí)，主要是校核聯(lián)軸器中彈簧圈工 。 作表面的擠壓應(yīng)力 σc，柱銷的彎曲應(yīng)力 σ。 填料的基本要求 填料是阻止氣缸內(nèi)氣體自活塞桿與氣缸之間泄漏的組件。填料的要求是密封性能好并耐用。它是易損件，故設(shè)計(jì)中盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化或通用化的元件，以便于生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率，降低成本。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 填料的結(jié)構(gòu) 壓縮機(jī)中的填料，都是借助于氣體的壓力差來獲得自緊密封的。根據(jù)氣體的壓差、性質(zhì) 、密封要求的高低、及其結(jié)構(gòu)的不同和使用上的習(xí)慣，選擇不同類型的密封圈。 密封圈主要有平面和錐形兩類，前者用于低、中壓，后者用于高壓。本次設(shè)計(jì)的壓力為低壓，所以選擇平面密封圈。 由于低壓三瓣密封圈適用于壓力差在 10公斤 /厘米 2以下的密封，故采用三瓣密封圈， 且該元件結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。該密封圈為單向斜口，由于它對活塞桿的比壓不均勻，銳角的一方比壓較大，因此其內(nèi)圈磨損也不均勻，主要發(fā)生在銳角的一方。密封圈磨損后，在相鄰兩瓣接口處不可避免的留有間隙，無法阻擋氣體的泄漏。 材料選擇 平面密封圈一般用 HT2040 灰鑄鐵。 第七章潤滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng) 潤滑系統(tǒng)的選擇 壓縮機(jī)中，在零件相互滑動(dòng)部位，如活塞與氣缸、填料與活塞桿、主軸承、大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 連桿大頭、連桿小頭襯套以及十字頭滑道等處，要注入潤滑劑進(jìn)行潤滑，已達(dá)到以下目的： ① 減少摩擦功率，降低壓縮機(jī)功率消耗； ② 減少滑動(dòng)部分的磨損，延長零件壽命； ③ 潤滑劑有冷卻作用，可導(dǎo)走摩擦熱，使零部件溫度不高； ④ 用油作潤滑劑時(shí)，尚有防止零件生銹的作用。 設(shè)計(jì)和選擇潤滑系統(tǒng)的基本要求是： ① 要有可靠的供油裝置，要保證有適量的潤滑油輸送至各運(yùn)動(dòng)部位； ② 系統(tǒng)中要有便于檢查供油情 況的部位和儀表； ③要有使?jié)櫥蛢艋倪^濾裝置； ④ 供油管路的布置要緊湊，整齊，便于拆裝和清洗，同一管路中管件的選擇要力求劃一。 本次設(shè)計(jì)采用飛濺潤滑。飛濺潤滑適用于無十字頭壓縮機(jī)。該潤滑方式是借助于連桿 大頭的擊油桿或擊油勺， 將曲軸箱內(nèi)的潤滑油飛濺至汽缸鏡面 及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各摩擦副表面，或者利用掛在曲軸頸臺(tái)肩上的圓環(huán)，將曲軸箱中的潤滑油帶至主軸頸表面，再在離心力的作用下飛濺至汽缸鏡面和傳動(dòng)摩擦副表面 。采用上述潤滑方式能使汽缸和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)得到潤滑，但二者潤滑油只能相同。 盡管該潤滑方式存在潤滑油量過多的缺點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)極 為簡單，況且通過對濺油器形狀的不斷改進(jìn)（例如，設(shè)計(jì)成窄片狀或針狀），以及對濺油深度的合理控制，已能使耗油量指標(biāo)達(dá)到甚為理想的程度。所以，飛濺潤滑幾乎成為泛用微型壓縮機(jī)潤滑的普遍方式。 冷卻系統(tǒng)的選擇 冷卻系統(tǒng)有：風(fēng)冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用風(fēng)冷。 冷卻方式 壓縮機(jī)裝置中需要冷卻的部位有（即冷卻方式）： ①級(jí)間冷卻 多級(jí)壓縮機(jī)間排氣 ②后冷卻 被壓縮氣體排出壓縮機(jī)后進(jìn)行冷卻，使其溫度降低，便于分離氣體中的水分和油霧，也使輸送氣體的管道直徑減小或氣體流速和流阻降低； ③潤油冷 卻 大型壓縮機(jī)中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤滑油也需要冷卻，以維持其良好的潤滑性能及對摩擦副的冷卻效果； ④汽缸冷卻 限制缸壁溫度不要太高，保證缸內(nèi)潤滑效果，限制零部件熱變形。 上述熱量如果是通過冷卻水帶走，則稱為水冷壓縮機(jī) 如果是通過空氣帶走，則稱為風(fēng)冷壓縮機(jī) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 冷卻系統(tǒng) ①風(fēng)冷系統(tǒng) 微型和小型壓縮機(jī)，以及中型壓縮機(jī)在缺水地區(qū)運(yùn)行時(shí)采用風(fēng)冷。風(fēng)冷效果差，因而壓縮機(jī)的指示功率消耗較水冷大，并且鼓風(fēng)機(jī)消耗的動(dòng)力費(fèi)用一般也較水冷系統(tǒng)的泵功率大，風(fēng)冷系統(tǒng)（尤其是較大的機(jī)組）還帶來很大的鼓風(fēng)噪音。中型多級(jí)壓縮 機(jī)組采用風(fēng)冷時(shí)，一般將各級(jí)中冷器、后冷器、油冷器集成一體，用一個(gè)大的軸流風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，風(fēng)機(jī)功率一般為壓縮機(jī)電機(jī)功率的 5%～ 10%； ②水冷系統(tǒng) 按照冷卻水應(yīng)用方式，水冷系統(tǒng)可分為“開式”和“閉式”兩類。 冷卻設(shè)備 冷卻設(shè)備主要是冷卻器（換熱器）和冷卻塔。冷卻器形式有水冷和風(fēng)冷兩種。 水冷冷卻器多采用管殼式結(jié)構(gòu)，它主要由換熱管束冷、外殼、用于固定換熱管的端板（也稱管板 )、熱膨脹補(bǔ)償裝置以及折流板、封頭、法蘭等構(gòu)成。 風(fēng)冷冷卻器基本都是翅片管結(jié)構(gòu)，目的在于增大管外側(cè)換熱面積，有些是套片式，有些是直接在管外 軋制翅片，有些是在光管外再緊密套上一根外翅片管。 參考文獻(xiàn) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 [1]鄭津洋，董其伍 .過程裝備設(shè)計(jì) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021. [2]王志奎，劉麗英 .化工原理 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021. [3]李云，姜培正 .過程流體機(jī)械 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021. [4]趙程，楊建民 .機(jī)械工程材料 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. [5]任濟(jì)生，唐道武 .機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) [M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社 .2021. [6]郁永章，孫嗣瑩 .容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2021. 致謝 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整 天然氣往復(fù)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) ，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度 的提升 ，使我認(rèn)識(shí)到，想要成為一名成功的設(shè)計(jì)者，細(xì)節(jié)確定成敗。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的 選用標(biāo)準(zhǔn)，各種 元件 的安裝方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的 ，在設(shè)計(jì)過程中，我不間斷翻閱最新的相關(guān)書籍和雜志，不斷更新和完善我的設(shè)計(jì)理念。 和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟(jì)的角度對設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對自己提出了新的要求，這些本是我工作后才會(huì)意識(shí)到的問題，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我提前了解了這些知識(shí)，這是很珍貴的。 天然氣往復(fù)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，主要是熱力 計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算，對壓縮機(jī)的曲軸、連桿、氣閥以及活塞的尺寸設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行校核。 根據(jù) 任務(wù)書 提供的 介質(zhì) 、氣量、壓力等參數(shù)要求，經(jīng)過計(jì)算得到壓縮機(jī)的相關(guān)參數(shù)，如級(jí)數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等 ， 經(jīng)過動(dòng)力計(jì)算得到活塞式壓縮機(jī)的受力情況 。 活塞式壓縮機(jī)熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算的結(jié)果將為各部件圖形以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù) 。在設(shè)計(jì)過程中，通過不斷地選定參數(shù)，借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，從而達(dá)到構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度要求。 在設(shè)計(jì)過程中一些 構(gòu)件的尺寸 的設(shè)計(jì)讓我很頭痛，原因是由于本身設(shè)計(jì)受到的框定，而又必須考慮本專業(yè)的一些要求規(guī)范，從而形成了一些矛盾點(diǎn)，這些 矛盾在處理上讓人很難斟酌，正是基于這種考慮我意識(shí)到：要向更完美的進(jìn)行一次設(shè)計(jì)，與其他專業(yè)人才的交流溝通是很有必要的 。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來，也必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力 ，必將是成功塑造一名優(yōu)秀設(shè)計(jì)者的一塊基石。